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ESCUELA DE INGENIERÍA DE ANTIOQUIA 
Y 
FEDERACIÓN DEPARTAMENTAL DE CULTIVADORES DE CAÑA Y 
PRODUCTORES DE PANELA - FEDEPANELA 
 
EL GASOHOL Y SUS POSIBILIDADES FUTURAS EN COLOMBIA 
 
Por : Aquiles Ocampo González, Ph.D. 
 
1. INTRODUCCIÓN 
 
Los motores de combustión interna de los vehículos, están actualmente 
acondicionados para operar con gasolina. Sin embargo, dado que los primeros 
automóviles que se diseñaron podían funcionar tanto con alcohol como con 
gasolina, durante las épocas mas críticas de la economía mundial los 
gobiernos han incentivado el uso del etanol, tanto en mezclas como puro, con 
miras a garantizar el suministro de combustible. 
 
La incertidumbre en los precios del petróleo llevó en la década de los años 
setenta a que algunos países, especialmente Brasil, emprendieran programas 
nacionales de sustitución parcial de la gasolina por fuentes energéticos 
renovables. El etanol que había sido utilizado originalmente por los inventores 
de los vehículos, regresó como un posible sustituto de la gasolina, 
aprovechando tanto sus ventajas técnicas como aditivo de la gasolina como 
sus ventajas socioeconómicos en favor de las regiones agrícolas. 
 
El alcohol para combustibles se obtiene primordialmente a partir de la caña de 
azúcar aunque existe una diversidad de estudios que demuestran que es viable 
obtenerlo a partir de materiales almidonáceos como el maíz, sorgo yuca y papa 
y de materiales celulósicos, derivados de la madera y de desechos orgánicos. 
El proceso a partir del jugo de caña consiste en la fermentación y posterior 
destilación. Los procesos a partir del almidón y de la celulosa requieren 
tratamientos previos mas complejos para obtener azúcares por hidrólisis 
enzimática, antes de realizar los procesos de fermentación y destilación. 
 
El uso casi continuo que ha tenido el alcohol como carburante ha permitido 
descubrir sus excelentes propiedades favorables al ambiente y algunas 
propiedades técnicas que permiten recomendar su uso a pesar de que el precio 
del alcohol sea significante mayor que el de la gasolina. 
 
 
 
2. GASOHOL 
 
Los alcoholes generalmente utilizados en mezclas con gasolina son el metanol 
y el etanol. Aunque ambos disminuyen las emisiones de monóxidos de 
carbono y nitrógeno, el metanol presenta algunos riesgos ambientales por lo 
que se usa más frecuentemente el etanol. 
 
Los estudios que se han realizado (1,15 ) demuestran que el etanol aumenta 
notoriamente el octanaje de la gasolina ; por ejemplo, al agregarle 10% en 
volumen de etanol se aumenta el octanaje de una gasolina corriente en 
alrededor de 4 puntos. Esto es importante tener en cuenta para que en un 
estudio de costos no se compare el costo del etanol con el de la gasolina 
corriente sino con el de la gasolina extra. 
 
El consumo de combustible se ha encontrado que es menor que el de la 
gasolina corriente. Esto es debido a que el etanol al evaporarse contribuye a 
una mejora en la eficiencia volumétrica, especialmente en dos aspectos: por 
una parte, por ser sus moléculas mas pequeñas que las de la gasolina, 
permiten la entrada a los cilindros del motor de una mayor cantidad de aire y 
carburante, y por otra, su evaporación también disminuye la temperatura de los 
cilindros, disminuyendo así las pérdidas energéticas. Estos efectos 
 2 
contrarrestan el de menor calor de combustión del etanol que la gasolina, 
dando como balance un mejor rendimiento del gasohol. 
 
Las mezclas etanol gasolina poseen una baja tolerancia al agua. Esta 
tolerancia aumenta al incrementar el porcentaje de etanol y disminuye al 
disminuir la temperatura. Cuando se sobrepasa la tolerancia se forman dos 
fases inmiscibles. Esto obliga el uso de alcohol anhidro y preferiblemente 
agregar aditivos como el butanol que hagan las mezclas mas estables. 
 
Los estudios que se han realizado ( 15 ) demuestran que el gasohol tiene una 
superioridad sobre la gasolina corriente en aspectos tales como eficiencia, 
consumo, torque y potencia máxima. También se ha encontrado que si las 
partes mecánicas son fabricadas bajo estándares de calidad, la durabilidad y el 
funcionamiento no se alteran. Sinembargo, se prevén dificultades 
especialmente en el período de cambio de gasolina a gasohol debido a la 
remoción de sedimentos y gomas depositados en el tanque de gasolina, pero 
esto se evita con un lavado previo con alcohol. 
 
 
3. MATERIAS PRIMAS 
 
La definición de la materia prima básica adecuada para la producción de 
etanol solo podrá realizarse una vez se realicen los correspondientes estudios 
de prefactibilidad económica. La ubicación tropical del país y la experiencia 
disponible en tecnologías de caña de azúcar la colocan como la opción mas 
segura para emprender un programa masivo de obtención de alcohol. El uso de 
materiales celulósicos y almidonáceos requiere de tratamientos enzimáticos a 
elevadas temperaturas que permitan la obtención de azúcares que luego se 
someten a los mismos procesos de fermentación y destilación que el azúcar de 
caña. Esto aumenta los costos de producción y coloca esta metodología como 
una opción que requerirá estudios posteriores tanto técnicos como económicos. 
 
 3 
La tecnología de la caña de azúcar exige de intensas mejoras. Navarro, 1986, 
hace un planteamiento donde enfatiza que un alto porcentaje de los costos de 
producción de alcohol (entre el 70 y el 80%) depende de la materia prima 
agrícola. En el caso particular de la caña de azúcar será necesario adecuar 
tecnologías que elevan el rendimiento por hectáreas, procesos que mejoren los 
niveles de extracción del jugo y el empleo de variedades de caña de un ciclo 
mas rápido de crecimiento. Algunos estudios (Domínguez, 1986) afirman que 
sería posible llegar a niveles de producción de 19.000 litros de etanol por 
hectárea y por año, lo cual haría necesario un aumento de cerca de 3 veces el 
promedio de producción en Colombia. 
 
La producción de etanol a partir de otras fuentes también debe tenerse en 
cuenta. En Estados Unidos la producción de etanol para uso como carburante 
se realiza a partir del maíz, (Wyman, 1974), pero los costos son 
comparativamente muy superiores a los costos de producción a partir del jugo 
de caña. Algo similar podría ocurrir en nuestro medio si se usaran otros 
compuestos almidonáceos como la yuca y la papa. Sin embargo no se puede 
desconocer que la biotecnología ha obtenido grandes progresos y que el 
desarrollo de nuevos procesos como la sacarificación y fermentación 
simultánea (SSF), descrita por Wyman, 1994, podrían permitir hacerlos 
competitivos con la caña de azúcar. 
 
 
4. EFECTOS AMBIENTALES 
 
El etanol es un combustible mas limpio que la gasolina. Estudio realizados por 
la General Motors en 1973 y 1974 (Gromet, 1979) revelan que la adición de 
10% de etanol a la gasolina reduce el nivel de óxidos de nitrógeno en un 22%, 
el de monóxido de carbono en un 50% y el de hidrocarburos en un 3%. 
 
El etanol tiene la desventaja de que produce emisiones de aldehidos a la 
atmósfera, y aunque las cantidades son pequeñas y no son nocivas para los 
 4 
seres vivientes, sí causan olores desagradables. La emisión de aldehidos 
puede disminuirse por ajustes en la relación de compresión del motor. 
 
 
Uno de los problemas relacionados con la producción de alcohol es la 
disposición de las vinazas, material de residuo en la destilación del alcohol. 
Las vinazas contienen aproximadamente 5% de materia orgánica, 1.5% de 
minerales, 0.015% de nitrógeno, 0.044% de calcio , 0.013% de magnesio y 
0.17% de potasio. Su elevado contenido de nutrientes, contribuye a aumentar 
la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) del agua y es un contaminante difícil 
de tratar pues provoca olores desagradables y aumenta la producción de 
insectos. Un uso masivo que se le ha dado en Brasil a las vinazas es como 
fertilizante directo a los mismastierra de cultivo de caña, aunque esto presenta 
también algunos problemas ambientales relacionados con la proliferación de 
insectos. 
 
 
5. EFECTOS SOCIOECONÓMICOS 
 
El consumo estimado del etanol cuando se use en mezclas con gasolina se 
estima del orden de 20.000 barriles por día de etanol. Navarro, 1986, afirma 
que esto implicaría la generación de unos 100.000 empleos directos ubicados 
en sitios cercanos a los productores de caña, por lo que se tendrían cerca de 
30 destílerías localizadas en regiones rurales con el correspondiente progreso 
económico y técnico motivado este último por el montaje y operación de estas 
plantas. 
 
La dedicación de cerca de 450.000 hectáreas que serían necesarias para el 
cultivo de la caña con fines energéticos no afecta las tierras dedicadas a la 
agricultura, ya que de las 20 millones de hectáreas que se estima que son 
aptas, solo el 3.2% serían destinadas a fines energéticos. Para algunos 
regiones rurales apartadas podría ser mas económica el uso del etanol que la 
 5 
misma gasolina por lo que sus vehículos serían diseñados para trabajar con 
mezclas mas ricas en alcohol y aún con etanol puro. 
 
Las zonas agrícolas obtendrían cuantiosos beneficios si se implementara el uso 
masivo de alcohol como carburante. La generación de empleo mejoraría las 
condiciones de vida de la población rural, contribuyendo así a disminuir los 
graves problemas sociales que afronta el campo, desestimulando así la 
violencia y la inseguridad social. Para mantener vigente la producción 
alimenticia, se podrán intercalar con la caña de azúcar cultivos como el girasol, 
el frijol, el maíz y la soya. 
 
La utilización de métodos de obtención de etanol anhidro con menos consumo 
energético podría conducir a que el bagazo de la caña pueda ser utilizada para 
suministrar energía eléctrica barata a las regiones productoras de caña. Por 
otra parte, la obtención de un alcohol mas barato dará vía libre al desarrollo de 
la alcoquímica, especialmente dirigida a la preparación de compuestos 
químicos como ácido acético, pentaeritritol, acetatos de etilo y butilo y otros 
productos que el país importa. 
 
Las levaduras, subproductos de la industria del alcohol, podrían ser utilizada 
como alimento de animales, ampliando así el panorama alimenticio en el 
campo colombiano. 
 
 
6. PERSPECTIVAS TÉCNICAS 
 
La vía de obtención de alcohol a partir de la caña de azúcar, continuará por 
mucho tiempo siendo en nuestro medio la alternativa más rentable. En 
Colombia se dispone de una tecnología adecuada para obtener alcohol para 
licores y para uso industrial. 
 
 6 
 Sin embargo, se espera un creciente uso de etanol como aditivo para la 
gasolina especialmente a partir del año 2001 cuando las gasolinas deberán 
tener componentes oxigenados para disminuir las emisiones ambientales 
provenientes de los vehículos automotores. Lo anterior está consignado en la 
resolución No. 898 de agosto 23 de 1995 del Ministerio del Medio Ambiente. 
 
Se ha comprobado que el etanol anhidro, usado en mezclas hasta 20%, no 
exige ninguna modificación sustancial a los motores de gasolina, aunque sí 
mejora el octanaje y la eficiencia de la gasolina. Se justifica entonces estudiar 
diferentes rutas para su producción en el país a precios que puedan ser 
competitivos con otras fuentes de componentes oxigenados tales como el metil 
terbutil éter ( MTBE) o el etil terbutil éter (ETBE). Estos últimos dos productos 
no se producen en el país y sería necesaria su importación. 
 
Según datos obtenidos por la Corporación para el Desarrollo Industrial de la 
Biotecnología, el consumo de gasolina en el año 2001 será de 158000 barriles por 
día, los cuales deberán contener un mínimo de 2% por peso de oxígeno. También 
obtienen que el precio máximo permisible para el etanol será de US$ 1.60/galón 
para ser competitivo con el precio del MTBE, que es de US $ 1.15/galón, precio 
equivalente por tener éste menor contenido de oxígeno que el etanol. Un estudio 
realizado por el Ingenio Vegachí, con asesoría de Fedepanela, concluye que el 
etanol se podrá producir a US $ 0. 58/ Kg, o lo que es equivalente a US $ 
1.74/galón. Por ser este valor tan cercano al máximo permisible, se justifica 
explorar nuevas rutas tanto para el proceso fermentativo como para el de 
deshidratación con el objeto de disminuir los costos de producción. 
 
Los procesos que utilizan hidrólisis de almidones y celulosas para producir alcohol 
no son por el momento competitivos con los procesos a partir de la caña de 
azúcar (17,24). Por esta razón se deberá dar más énfasis a la optimización de los 
procesos fermentativos y de deshidratación. Para el efecto ya existen estudios 
que proponen nuevas especies de levadura (5, 12, 26) y otros que han obtenido 
resultados interesantes con levaduras inmovilizadas (10, 12 y 18). En cuanto a la 
 7 
deshidratación es recomendable basarse en dos aspectos: a) En resultados ( 2, 6, 
7, 8, 20, 22) que realizan la remoción continua del alcohol en los procesos de 
fermentación y b) métodos de adsorción del agua (4, 7 y 22) para deshidratar el 
alcohol obtenido. 
 
En Colombia existe experiencia investigativa en alcohol como carburante. 
Estudios realizados en Ecopetrol ( 1984 y 1986) plantean que para una mezcla 
de 20 % por volumen de alcohol en gasolina para el año 1990 requería la 
producción de 3.4 Mlt / día de alcohol, y que esto demandaría 450.000 
hectáreas de caña cultivada si se alcazara un rendimiento de 60 ton/ha de 
caña y una producción de 70 lt alcohol/ton caña. También se señala en estos 
estudios que el precio final del alcohol depende en un 70 a 80 % del costo de 
materia prima. El programa planteado incorporaría a la economía 450.000 has 
y generaría 100.000 empleos directos en la actividad agrícola. 
 
En la Universidad de Antioquia y en la Universidad Industrial de Santander se 
realizaron estudios de caracterización fisicoquímica de las mezclas 
combustibles y la evaluación del comportamiento de dichas mezclas en 
motores sometidos a diferentes condiciones ambientales. Estos estudios 
demostraron que es posible utilizar mezclas hasta de 20% de alcohol anhidro 
y que se obtiene una superioridad del gasohol sobre las gasolinas corrientes en 
aspectos como eficiencia, consumo, torque y potencia máxima. 
 
En la Universidad de Antioquia se han realizado algunos estudios preliminares 
sobre deshidratación de etanol, tanto en fase líquida(16) como en fase vapor. 
También se ha trabajado en la preparación de la mayoría de las mallas 
moleculares utilizando como materia prima sales solubles obtenidas a partir de 
materiales producidos localmente y de arcilla.(18). 
 
Dado el elevado precio relativo que tiene la materia prima que se utilice en la 
producción de etanol, un programa nacional de alcohol para uso como 
carburante exige mejorar las eficiencias de producción y de procesamiento de 
 8 
la caña. Navarro, 1986, plantea la posibilidad de elevar la producción de caña 
hasta cerca de 65 toneladas por hectárea, mejorar la extracción del jugo hasta 
en un 90%, y encontrar variedades de caña que reduzcan el período de corte a 
un año. También se necesita incentivar estudios para obtener rutas mas 
económicas para obtener el alcohol anhidro. Uno de los sistemas que podría 
dar buenos resultados sería la utilización de las propiedades adsorbentes que 
tienen las mallas moleculares ; este proceso disminuiría los requerimientos 
energéticos y permitirían el uso del bagazo de la caña en la generación de 
energía. 
 
La obtención del alcohol combustible a partir de desechos orgánicos no puede 
descartarse y deberán realizarse estudios tanto de investigación como de 
evaluación económica para identificar las condiciones en que los costos de 
procesamiento puedan ser competitivos con los del jugo de caña. 
 
 
BIBLIOGRAFÍA 
 
1. Araujo, A. y Torres, C. “Investigacionesrealizadas en Colombia sobre la 
producción de alcohol carburante” ; (1986), Comité Nacional de 
Sucroindustria, Producción de Alcohol Carburante en Colombia. 
2. Bul, S; Veryklos, X y Mutharasan, R. “In situ removal of ethanol from 
fermentitation broths”. Ind. Eng. Chem.Proc.Des.Dev.; (1985) 24,4 pp 1209-
1213 
3. Burfield, D.R, etal. “Dissicant efficiency in solvent and reagent dryng”J. 
Chem. Technol. Bioechnol-, (1984) 34ª, 4, pp 187-194 
4. Crawshaw, IP y Hills, J.H. “Sorption of ethanol and water by starchy 
materials Ïnd. Eng. Chem.Res (1990) 29, 2 pp 307 - 309. 
5. Ernandez, J.R. et al “Isolation of new ethanol Tolerant yeast for fuel ethanol”. 
Production from sucrosa, Biotechnol, lett;; (1990) 12, 6, pp 463 - 68 
6. Fisher, H. Ïntegranted bio-alcohol plant”DECHEMA - Monogr. 91984) 95, 
Biotechnol. 83 pp. 195-209 
 9 
7. Georgia Tech. Res. “Continuous production of fuel grade ethanol”. Patente 
US-US 5125902; 01, 06 93. 
8. Georgia Tech. Res. “Continuous process of fuel grade alcohol production”, 
Patente US-US 5036005;30,07,91. 
9. Gromer, C. “Combustibles : Es el gasohol la solución ?”. Automóvil 
Internacinal. Sept. 1979 ; pp 22-46. 
10. Grose, R.W y Flonigen,E.M. “Cristalline Silica” Patente US-US 4,061,724 ; 
06,12,77. 
 
1. Jones, KW. “Case studies of unique problems an events encountered during 
desing construction and operation of three large commercial scale fuel 
ethanol plants”Energy - Biomass- Wastes; (1984) 8 Syrnp., pp 1199 - 1221 
2. Lyons, T.P. “Industrial uses of yeast in the production of fuel ethanol” Dev, 
Ind. Microb; (1984) 25, pp 231-43 
3. Nan, L y Ma, J. “Research on swett sorghum and its synthetic 
applications”Biomass; (1989) 20, 1-2 pp 129-139 
4. Navarro, A. “Ideas sobre la producción de alcohol en Colombia” ; (1986), 
Comité Nacional de Sucroindustria, Producción de Alcohol Carburante en 
Colombia. 
5. Ocampo,A. “Programa de alcoindustria de la Universidad de Antioquia”; 
(1986), Comité Nacional de Sucroindustria, Producción de Alcohol 
Carburante en Colombia.. 
6. Ocampo, A. y otros. “Uso de zeolitas en la separación de sistemas 
ternarios”; Congreso de Ingeniería Química, agosto 1993. 
7. Quadrago, A y Tumati, P. “Economics of ethanol fuel production in small 
farms”ASME, PD v 2, NY, USA, pp 55-60 
8. Saldarriaga, C y otros. “Síntesis de mallas Moleculares”; Química actualidad 
y futuro, vol. 5, n, Universidad de Antioquia, 1995. 
9. Sang, S. L. “Energy in sugar cane and its bioconversion”FFTC-Book series 
(1985) 28, Atern. Sources Energ. Agr, pp 257 - 269 
 10
10. Sarg, D.R, Ausikaitis, J.P. “Molecular Sieve Dehydration cycle for High 
Water Content Streams”. Chem. Eng. Prog. (1983). 79 (4), pp 60-65. 
11. Tedder, D.W.”Ethanol recovery from low grade beers by solvent 
extractioin”., S. Biomass-Energy Res, (1985) 3 Meet. Biomass Energ. 
Develop.,p 653. 
12. Teo, W.K y Ti, H.C. “Liquid phase dehydration of ethanol solutions”Appl. 
Biochem. Biotechnol, (1990) 24 (25) pp 521-532. 
13. Univ. Little Rock-Ankansas. “Extration of Ethanol from fermenation broth” 
Patente US-US 5110319; 05,05,92. 
14. Von - Sivers, M. et al. “Cost analysis of ethanol production from willow usig 
recombinant Escherichici coli’, Biotechnol prog; (1995) 10, 5, 555-60 
15. Weber,T.W. y Chakravorti, R.K. “Pore and Solid Diffusion Models for Fixed-
Bed Adsorbers” ; (1974), AICHE J, 20(2), pp 228-237 
16. Whitney, G.K; et al. “Potentíal cost saving for fuel ethanol production by 
employing a novel hybrid yeast strain”Biotechnol. Lett; (1985) 7, 5, 349-54. 
 
 
 
 
 
 
 
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